{"id":129,"date":"2022-12-12T05:25:01","date_gmt":"2022-12-12T05:25:01","guid":{"rendered":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/?p=129"},"modified":"2022-12-15T07:38:40","modified_gmt":"2022-12-15T07:38:40","slug":"restoring-the-deep-sea-after-mining-would-it-work","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/2022\/12\/12\/restoring-the-deep-sea-after-mining-would-it-work\/","title":{"rendered":"Restoring the deep sea after mining \u2013 would it work?"},"content":{"rendered":"\n

Deutsche Version siehe unten<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Sabine Gollner, Royal Netherlands Institute for Sea Research on Texel<\/em><\/p>\n\n\n\n

Many of earth\u2019s ecosystems have undergone significant degradation in the past decades and protecting nature is the most effective tool to prevent further loss of biodiversity. On land and in shallow seas there is a growing recognization that we won\u2019t be able to conserve biodiversity if we do not restore degraded areas. Restoration \u2013 the support to the recovery process of ecosystems degraded by humans \u2013 finds it form for example as artificial coral reefs that shall help corals, fishes, and other organisms to repopulate such areas.<\/p>\n\n\n\n

The deep sea is to date much less degraded by humans compared to terrestrial or shallow marine ecosystems. However, this may change, as rich mineral deposits could be mined from 4000 meters depth from the ocean floor in the near future. A first test of a pre-prototype machine for deep-sea mining of polymetallic nodules \u2013 potato sized rocks that are rich in metals –  was carried out in 2021 by the Belgian company DEME-GSR in the middle of the Pacific Ocean. Now the environmental impacts are evaluated by a group of independent scientists during our expedition on research vessel SONNE within the framework of the European project MiningImpact. As part of this project, in 2019 we initiated an experiment to test the effectiveness of restoration of mined seafloor areas.<\/p>\n\n\n\n

Nodule mining would change the seafloor ecosystem in the deep sea far beyond our lifetime. Nodules form on geological timescales and only grow several millimeters per million years. At the same time, they are an important habitat for sessile animals such as sponges, corals or anemones that need a hard substrate to grow on. Thus, if nodules are removed, all life depending on them will be gone in mined areas for a very long time, for millions of years.<\/p>\n\n\n\n

In 2019, we started a long-term experiment on the seafloor. At more than 4000 meters depth, we deployed artificial substrates to see if deep-sea animals would colonize these instead of the nodules that may be harvested in the future. As substrates we used artificial nodules of different shapes and material: ceramic nodules made from deep-sea clay and from commercially available clay as well as naturally occurring nodules as a control experiment. Due to the expected slow settlement and growth rates of animals we deployed more than 3000 artificial nodules to study the success or failure of this restoration experiment for the next 30 years.<\/p>\n\n\n\n

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Frames with artificial nodules on the seafloor at 4500 meters depth. Photo: GEOMAR<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Sabine Gollner with frames with artificial nodules that were deployed on the seafloor during this cruise. Photo: Tim Kalvelage<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

During this expedition, we recovered the first 500 of these artificial nodules. What sounds like a trivial task, requires teamwork, out of the box thinking, and lots of enthusiasm. The idea for this experiment was born almost 10 years ago during a scientific meeting, followed by funding of the project, collecting deep-sea clay and finding a ceramist who was eager to experiment with deep-sea clay ceramics and to produce thousands of artificial nodules. Next, frames were designed, that could hold 25 nodules each, and would allow for our experiments to be picked up from the seafloor with a diving robot or remotely operated vehicle (ROV). In addition, recovery boxes were built for an elevator that we use to bring the nodule frames (and other scientific instruments) from the seafloor to the working deck of our research vessel.<\/p>\n\n\n\n

With so much effort already put into this experiment, the tension was high when the first experiments were recovered during this expedition. Again, this was a big team effort including the scientists, the ROV-team, and the ship\u2019s crew. First, the deck crew lowered the elevator, which is connected to a strong cable, to 4500 meters depth. Then, together with the ROV-team they deployed the diving robot, which is connected to the ship via a second cable for power supply and data transmission. In a container at the back of the ship with big screens, the ROV-pilots see the deep sea through the lenses of the video cameras mounted on the vehicle. <\/p>\n\n\n\n

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Inside the ROV container during a dive. Photo: Tim Kalvelage<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

The pilots located the elevator, which was then deployed on the seafloor with high precision just a few meters away from the frames with the artificial nodules. Next, with intuition and a lot of experience the ROV pilots gently picked up the frames one by one using the robot\u2019s arm and placed them in the recovery boxes.  It is amazing that all this actually works \u2013 an operation that requires centimeter precision at 4500 meters depth. Chapeau! During the first six weeks of our expedition, we successfully recovered 20 frames at 4 locations. 500 nodules were processed on board of the ship so they can be analyzed for the potential colonization by deep-sea animals and their diversity in the lab once we are back on land.<\/p>\n\n\n\n

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With the arm of the ROV a frame with artificial nodules is deployed on the seafloor. Photo: GEOMAR<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Recovery of the ROV after a successful dive. Photo: Tim Kalvelage<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Here on board, we already get a first glimpse on the early results of the artificial-substrate experiment. As expected, the nodules on the frames where very sparsely colonized by visible life forms. Life in the deep sea proceeds at a very slow pace, but with this experiment we will find out how slow it actually is, as we know the starting point of colonization of our artificial nodules. <\/p>\n\n\n\n

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In the ship’s lab, the artificial nodules are preserved in alcohol. Back home they will be analyzed for the potential colonization by deep-sea animals. Photo: Tim Kalvelage<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

In the coming years to decades, we will unveil the age and growth rate of sessile animals such as anemones, sponges and corals. Currently, we have no idea how old, for example, the anemone on the picture above is. Has it been sitting on that nodule for 5, 50 or 500 years? Does it need a natural nodule to grow on or would an artificial one do the job and give it hold-fast in this muddy environment? Knowing how fast or slow recovery after nodule removal is and if natural nodules are needed to sustain the amazing forms of life in the deep sea will help us to better constrain the risks of deep-sea mining and the potential loss of biodiversity.<\/p>\n\n\n\n

Deutsche Version<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Restaurierung der Tiefsee nach dem Bergbau – w\u00fcrde das funktionieren?<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Sabine Gollner, K\u00f6niglich Niederl\u00e4ndisches Institut f\u00fcr Meeresforschung auf Texel<\/em><\/p>\n\n\n\n

Viele \u00d6kosysteme der Erde haben sich in den letzten Jahrzehnten erheblich verschlechtert, und der Schutz der Natur ist das wirksamste Mittel, um einen weiteren Verlust der biologischen Vielfalt zu verhindern. An Land und in flachen Randmeeren w\u00e4chst die Erkenntnis, dass wir die biologische Vielfalt nicht erhalten k\u00f6nnen, wenn wir gesch\u00e4digte Gebiete nicht wiederherstellen. Restaurierung – die Unterst\u00fctzung des Erholungsprozesses von \u00d6kosystemen, die durch den Menschen gesch\u00e4digt wurden – findet beispielsweise in Form von k\u00fcnstlichen Korallenriffen statt, die Korallen, Fischen und anderen Organismen helfen sollen, solche Gebiete wieder zu besiedeln.<\/p>\n\n\n\n

Die Tiefsee ist im Vergleich zu terrestrischen oder flachen Meeres\u00f6kosystemen bisher viel weniger durch den Menschen gesch\u00e4digt worden. Dies k\u00f6nnte sich jedoch \u00e4ndern, wenn in naher Zukunft reiche Mineralvorkommen in 4000 Metern Tiefe vom Meeresboden abgebaut w\u00fcrden. Ein erster Tiefseetest eines Prototypen f\u00fcr den Abbau von polymetallischen Knollen – Kartoffel-gro\u00dfen Gesteinsbrocken, die reich an Metallen sind – wurde 2021 von der belgischen Firma DEME-GSR mitten im Pazifik durchgef\u00fchrt. Nun werden die Umweltauswirkungen von einer Gruppe unabh\u00e4ngiger Wissenschaftler w\u00e4hrend unserer Expedition auf dem Forschungsschiff SONNE im Rahmen des Europ\u00e4ischen Projekts MiningImpact bewertet. Im Rahmen dieses Projekts haben wir im Jahr 2019 ein Experiment gestartet, um die Wirksamkeit der Restaurierung abgebauter Meeresbodengebiete zu testen.<\/p>\n\n\n\n

Der Abbau von Knollen w\u00fcrde das \u00d6kosystem am Meeresboden in der Tiefsee weit \u00fcber unsere Lebenszeit hinaus ver\u00e4ndern. Knollen bilden sich auf geologischen Zeitskalen und wachsen nur einige Millimeter in einer Million Jahre. Gleichzeitig sind sie ein wichtiger Lebensraum f\u00fcr sesshafte Tiere, wie Schw\u00e4mme, Korallen oder Anemonen, die ein hartes Substrat zum Wachsen ben\u00f6tigen. Wenn also die Knollen entfernt werden, wird alles Leben, das von ihnen abh\u00e4ngt, in den abgebauten Gebieten f\u00fcr eine sehr lange Zeit verschwunden sein, f\u00fcr Millionen von Jahren. <\/p>\n\n\n\n

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Eine Anemone auf einer Knolle in 4200 Metern Tiefe. Foto: GEOMAR<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Im Jahr 2019 haben wir ein Langzeitexperiment am Meeresboden gestartet. In mehr als 4000 Metern Tiefe haben wir k\u00fcnstliche Substrate ausgebracht, um zu sehen, ob Tiefseetiere diese anstelle der Knollen, die in Zukunft m\u00f6glicherweise geerntet werden, besiedeln w\u00fcrden. Als Substrate haben wir k\u00fcnstliche Knollen unterschiedlicher Formen und aus unterschiedlichen Materialen verwendet: Keramikknollen aus Tiefseeton und aus handels\u00fcblichem Ton sowie nat\u00fcrlich vorkommende Knollen als Kontrollversuch. Aufgrund der zu erwartenden langsamen Ansiedlungs- und Wachstumsraten der Tiere haben wir mehr als 3000 k\u00fcnstliche Knollen ausgebracht, um den Erfolg oder Misserfolg dieses Restaurierungsexperiments \u00fcber die n\u00e4chsten 30 Jahre untersuchen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

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Rahmen mit k\u00fcnstlichen Knollen auf dem Meeresboden in 4500 Metern Tiefe. Foto: GEOMAR<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Sabine Gollner mit Rahmen mit <\/em>k\u00fcnstlichen Knollen, die auf dieser Expedition am Meeresboden abgelegt wurden. Foto: Tim Kalvelage<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

W\u00e4hrend dieser Expedition haben wir die ersten 500 dieser k\u00fcnstlichen Knollen geborgen. Was sich wie eine triviale Aufgabe anh\u00f6rt, erfordert Teamwork, unkonventionelles Denken und viel Enthusiasmus. Die Idee f\u00fcr dieses Experiment wurde vor fast 10 Jahren auf einer wissenschaftlichen Tagung geboren. Nachdem die Finanzierung f\u00fcr das Projekt stand wurde Tiefseeton gesammelt und eine Keramikerin gesucht, die bereit war, mit Tiefseeton zu experimentieren und Tausende von k\u00fcnstlichen Knollen herzustellen. Als n\u00e4chstes wurden Gestelle entworfen, die jeweils 25 Knollen fassen und die mit einem Tauchroboter – auch remotely operated vehicle (ROV) genannt – vom Meeresboden geborgen werden sollten. Au\u00dferdem wurden Bergungsboxen f\u00fcr einen so genannten Aufzug gebaut, mit dem wir die Knollenrahmen (und andere wissenschaftliche Instrumente) vom Meeresboden auf das Arbeitsdeck unseres Forschungsschiffs bringen.<\/p>\n\n\n\n

Bei so viel Aufwand, der bereits in dieses Experiment gesteckt wurde, war die Anspannung gro\u00df, als die ersten Experimente w\u00e4hrend dieser Expedition geborgen wurden. Auch hier bedurfte es einer gro\u00dfen Teamleistung von Wissenschaftlern, dem ROV-Team und der Schiffsbesatzung. Zun\u00e4chst lie\u00df die Decksmannschaft den Aufzug, der mit einem starken Kabel verbunden ist, auf 4500 Meter Tiefe hinab. Dann setzten sie zusammen mit dem ROV-Team den Tauchroboter aus, der \u00fcber ein zweites Kabel mit dem Schiff verbunden ist, und der Stromversorgung sowie der Daten\u00fcbertragung dient. In einem Container am Heck des Schiffes mit gro\u00dfen Bildschirmen sehen die ROV-Piloten die Tiefsee durch die Objektive der am Fahrzeug montierten Videokameras. <\/p>\n\n\n\n

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Im ROV-Container w\u00e4hrend eines Tauchgangs. Foto: Tim Kalvelage<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Die Piloten orteten den Aufzug, der anschlie\u00dfend mit hoher Pr\u00e4zision wenige Meter neben den Rahmen mit den k\u00fcnstlichen Knollen abgesetzt wurde. Mit Fingerspitzengef\u00fchl und viel Erfahrung hoben die ROV-Piloten dann mit dem Roboterarm vorsichtig Rahmen f\u00fcr Rahmen auf und legten sie in die Bergungsboxen.  Es ist erstaunlich, dass all dies tats\u00e4chlich funktioniert – ein Vorgang, der in 4500 Metern Tiefe zentimetergenaue Pr\u00e4zision erfordert. Chapeau! In den ersten sechs Wochen unserer Expedition haben wir erfolgreich 20 Rahmen an 4 Stellen geborgen. 500 Knollen wurden an Bord des Schiffes verarbeitet, damit sie nach unserer R\u00fcckkehr an Land im Labor auf eine m\u00f6gliche Besiedlung durch Tiefseetiere und deren Vielfalt untersucht werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

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Mit dem Arm des Tauchroboters wird ein Rahmen mit k\u00fcnstlichen Knollen am Meeresboden abgelegt. Foto: GEOMAR<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Der Tauchroboter kommt nach einem erfolgreichen Tauchgang zur\u00fcck an Deck. Foto: Tim Kalvelage<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Hier an Bord bekommen wir bereits einen ersten Eindruck von den fr\u00fchen Ergebnissen des Experiments mit dem k\u00fcnstlichen Substrat. Wie erwartet, waren die Knollen auf den Rahmen nur sehr sp\u00e4rlich von sichtbaren Lebensformen besiedelt. Das Leben in der Tiefsee verl\u00e4uft sehr langsam, aber mit diesem Experiment werden wir herausfinden, wie langsam es tats\u00e4chlich ist, da wir den Ausgangspunkt der Besiedlung unserer k\u00fcnstlichen Knollen kennen. <\/p>\n\n\n\n

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An Bord werden die k\u00fcnstlichen Knollen im Labor in Alkohol konserviert. An Land wird dann sp\u00e4ter die m\u00f6gliche Besiedelung der Knollen durch Tiefseeorganismen untersucht. Foto: Tim Kalvelage<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

In den kommenden Jahren bis Jahrzehnten werden wir das Alter und die Wachstumsrate von sesshaften Tieren wie Anemonen, Schw\u00e4mmen und Korallen enth\u00fcllen. Derzeit haben wir keine Ahnung, wie alt zum Beispiel die Anemone auf dem Bild oben ist. Sitzt sie schon seit 5, 50 oder 500 Jahren auf dieser Knolle? Braucht sie eine nat\u00fcrliche Knolle, um darauf zu wachsen, oder w\u00fcrde eine k\u00fcnstliche Knolle ausreichen und ihr in dieser schlammigen Umgebung Halt geben? Wenn wir wissen, wie schnell oder langsam die Erholung nach der Entfernung der Knollen erfolgt und ob nat\u00fcrliche Knollen f\u00fcr die Erhaltung der erstaunlichen Lebensformen in der Tiefsee erforderlich sind, k\u00f6nnen wir die Risiken des Tiefseebergbaus und den potenziellen Verlust der biologischen Vielfalt besser einsch\u00e4tzen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Deutsche Version siehe unten Sabine Gollner, Royal Netherlands Institute for Sea Research on Texel Many of earth\u2019s ecosystems have undergone significant degradation in the past decades and protecting nature is the most effective tool to prevent further loss of biodiversity. On land and in shallow seas there is a growing recognization that we won\u2019t be […]<\/p>\n","protected":false},"author":240,"featured_media":136,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[9],"tags":[],"class_list":["post-129","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-at-sea"],"geo":{"latitude":14.1129303,"longitude":-125.8715286,"description":null},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/129","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/users\/240"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=129"}],"version-history":[{"count":7,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/129\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":162,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/129\/revisions\/162"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/media\/136"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=129"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=129"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.oceanblogs.org\/SO295-MiningImpact\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=129"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}